Redis 基礎應用

Redis 基礎應用(一）

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概述：

• Redis的相關介紹，功能，優勢及于其他key-value數據庫的對比；

• Redis的安裝及程序環境；

• 命令行客戶端命令

• Redis 的數據結構
  

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Redis簡介

 1.簡介

★Redis

• REmote DIctionary Server(Redis) 是一個由Salvatore Sanfilippo寫的 key-value存儲系統。

• Redis是一個開源的使用ANSI C語言編寫、遵守BSD協議、支持網絡、可基于內存亦可持久化的日志型、Key-Value數據庫，并提供多種語言的API。

• 它通常被稱為數據結構服務器，因為值（value）可以是 字符串(String), 哈希(Map), 列表(list), 集合(sets) 和 有序集合(sorted sets)等類型。

☉REmote DIctionary Server(Redis)

• 內存存儲；

• 持久化；

• 主從；

• Cluster
  

☉Redis 與其他 key - value 緩存產品有以下三個特點：

• Redis支持數據的持久化，可以將內存中的數據保存在磁盤中，重啟的時候可以再次加載進行使用。

• Redis不僅僅支持簡單的key-value類型的數據，同時還提供list，set，zset，hash等數據結構的存儲。

• Redis支持數據的備份，即master-slave模式的數據備份。 

 2.功能

★支持的功能如下：

☉數據結構服務器：

• 值（value）可以是 字符串(String), 哈希(Map), 列表(list), 集合(sets) 和 有序集合(sorted sets)等類型。
  

☉單進程

• CPU 并非瓶頸
  

☉持久化機制

• snapshoting

• AOF
  

☉Replication

 主從：

• 主：rw

• 從：read-only
  

 3.優勢

★優勢

• 性能極高 – Redis能讀的速度是110000次/s,寫的速度是81000次/s 。

• 豐富的數據類型 – Redis支持二進制案例的 Strings, Lists, Hashes, Sets 及 Ordered Sets 數據類型操作

• 原子 – Redis的所有操作都是原子性的，同時Redis還支持對幾個操作全并后的原子性執行。

• 豐富的特性 – Redis還支持 publish/subscribe, 通知, key 過期等等特性。

 4.Redis與其他key-value存儲有什么不同

★區別：

• Redis有著更為復雜的數據結構并且提供對他們的原子性操作，這是一個不同于其他數據庫的進化路徑。Redis的數據類型都是基于基本數據結構的同時對程序員透明，無需進行額外的抽象。

• Redis運行在內存中但是可以持久化到磁盤，所以在對不同數據集進行高速讀寫時需要權衡內存，因為數據量不能大于硬件內存。在內存數據庫方面的另一個優點是，相比在磁盤上相同的復雜的數據結構，在內存中操作起來非常簡單，這樣Redis可以做很多內部復雜性很強的事情。同時，在磁盤格式方面他們是緊湊的以追加的方式產生的，因為他們并不需要進行隨機訪問。

★和memcached的區別

• Redis不僅僅支持簡單的k/v類型的數據，同時還提供list，set，hash等數據結構的存儲。memcache僅支持字符串型值（流式化數據）

• Redis為單線程，Memcached為多線程，但性能上相當；

• Redis支持數據的備份，即master-slave模式的數據備份。

• Redis支持數據的持久化，可以將內存中的數據保持在磁盤中，重啟的時候可以再次加載進行使用。(在Redis中，并不是所有的數據都一直存儲在內存中的。這是和Memcached相比一個最大的區別)

• 應用場景不一樣：Redis出來作為NoSQL數據庫使用外，還能用做消息隊列、數據堆棧和數據緩存等；Memcached適合于緩存SQL語句、數據集、用戶臨時性數據、延遲查詢數據和session等。

★redis、memcache、mongoDB 對比
從以下幾個維度，對redis、memcache、mongoDB 做了對比，歡迎拍磚
☉性能

• 都比較高，性能對我們來說應該都不是瓶頸

• 總體來講，TPS方面redis和memcache差不多，要大于mongodb

☉操作的便利性

• memcache數據結構單一

• redis豐富一些，數據操作方面，redis更好一些，較少的網絡IO次數

• mongodb支持豐富的數據表達，索引，最類似關系型數據庫，支持的查詢語言非常豐富

☉內存空間的大小和數據量的大小

• redis在2.0版本后增加了自己的VM特性，突破物理內存的限制；可以對key value設置過期時間（類似memcache）

• memcache可以修改最大可用內存,采用LRU算法

• mongoDB適合大數據量的存儲，依賴操作系統VM做內存管理，吃內存也比較厲害，服務不要和別的服務在一起

☉可用性（單點問題）
對于單點問題

• redis，依賴客戶端來實現分布式讀寫；主從復制時，每次從節點重新連接主節點都要依賴整個快照,無增量復制，因性能和效率問題，
  所以單點問題比較復雜；不支持自動sharding,需要依賴程序設定一致hash 機制。
  一種替代方案是，不用redis本身的復制機制，采用自己做主動復制（多份存儲），或者改成增量復制的方式（需要自己實現），一致性問題和性能的權衡

• Memcache本身沒有數據冗余機制，也沒必要；對于故障預防，采用依賴成熟的hash或者環狀的算法，解決單點故障引起的抖動問題。

• mongoDB支持master-slave,replicaset（內部采用paxos選舉算法，自動故障恢復）,auto sharding機制，對客戶端屏蔽了故障轉移和切分機制。

☉可靠性（持久化）
對于數據持久化和數據恢復，

• redis支持（快照、AOF）：依賴快照進行持久化，aof增強了可靠性的同時，對性能有所影響

• memcache不支持，通常用在做緩存,提升性能；

• MongoDB從1.8版本開始采用binlog方式支持持久化的可靠性

☉數據一致性（事務支持）

• Memcache 在并發場景下，用cas保證一致性

• redis事務支持比較弱，只能保證事務中的每個操作連續執行

• mongoDB不支持事務

☉數據分析

• mongoDB內置了數據分析的功能(mapreduce),其他不支持

☉應用場景

• redis：數據量較小的更性能操作和運算上

• memcache：用于在動態系統中減少數據庫負載，提升性能;做緩存，提高性能（適合讀多寫少，對于數據量比較大，可以采用sharding）

• MongoDB:主要解決海量數據的訪問效率問題

Redis安裝及數據結構

 1.安裝及程序環境

★安裝方法：

• 編譯安裝

• rpm包安裝

★程序環境

☉配置文件

• /etc/redis.conf

• /etc/redis-sentinel.conf
  

☉主程序

• /usr/bin/redis-server

• /usr/bin/redis-sentinel

• 監聽端口：6379/tcp
  

☉命令行客戶端

• /usr/bin/redis-cli

演示：

1.安裝程序包

# 配置好epel倉庫
[root@centos7 ~]# yum install redis

2.程序環境如下：

[root@centos7 ~]# rpm -ql redis
/etc/logrotate.d/redis
/etc/redis-sentinel.conf
/etc/redis.conf
/etc/systemd/system/redis-sentinel.service.d
/etc/systemd/system/redis-sentinel.service.d/limit.conf
/etc/systemd/system/redis.service.d
/etc/systemd/system/redis.service.d/limit.conf
/usr/bin/redis-benchmark
/usr/bin/redis-check-aof
/usr/bin/redis-check-rdb
/usr/bin/redis-cli
/usr/bin/redis-sentinel
/usr/bin/redis-server
/usr/bin/redis-shutdown
/usr/lib/systemd/system/redis-sentinel.service
/usr/lib/systemd/system/redis.service
/usr/lib/tmpfiles.d/redis.conf
/usr/share/doc/redis-3.2.3
/usr/share/doc/redis-3.2.3/00-RELEASENOTES
/usr/share/doc/redis-3.2.3/BUGS
/usr/share/doc/redis-3.2.3/CONTRIBUTING
/usr/share/doc/redis-3.2.3/MANIFESTO
/usr/share/doc/redis-3.2.3/README.md
/usr/share/licenses/redis-3.2.3
/usr/share/licenses/redis-3.2.3/COPYING
/var/lib/redis
/var/log/redis
/var/run/redis

3.配置文件/etc/redis.conf 如下：

# 備份
[root@centos7 ~]# cp /etc/redis.conf{,.bak}
 
[root@centos7 ~]# grep "^##" /etc/redis.conf
################################## INCLUDES ###################################
################################## NETWORK #####################################
################################# GENERAL #####################################
################################ SNAPSHOTTING  ################################
################################# REPLICATION #################################
################################## SECURITY ###################################
################################### LIMITS ####################################
############################## APPEND ONLY MODE ###############################
################################ LUA SCRIPTING  ###############################
################################ REDIS CLUSTER  ###############################
################################## SLOW LOG ###################################
################################ LATENCY MONITOR ##############################
############################# EVENT NOTIFICATION ##############################
############################### ADVANCED CONFIG ###############################

[root@centos7 ~]# vim /etc/redis.conf
 bind 0.0.0.0  # 修改綁定的端口
 
# 啟動 redis，查看堅挺的端口 6379
[root@centos7 ~]# systemctl start redis
[root@centos7 ~]# ss -tnlp |grep "redis"
LISTEN     0      128          *:6379                     *:*                   users:(("redis-server",pid=3840,fd=4))

 3.命令行客戶端命令

★redis-cli

☉語法：

• redis-cli [OPTIONS] [cmd [arg [arg ...]]]

☉常用選項：

• -h <hostname>      Server hostname (default: 127.0.0.1).   //主機地址

• -p <port>          Server port (default: 6379).                        //端口

• -a <password>      Password to use when connecting to the server.    //密碼

演示：

1.本地連接，直接運行 redis-cli 命令即可

[root@centos7 ~]# redis-cli
127.0.0.1:6379> ping
PONG

2.遠程連接，指明要連接的主機，端口和密碼即可

[root@centos7 ~]# redis-cli -h 192.168.1.112
192.168.1.112:6379> ping
PONG

192.168.1.112:6379> help  # 獲取幫助
redis-cli 3.2.3
To get help about Redis commands type:
      "help @<group>" to get a list of commands in <group>
      "help <command>" for help on <command>
      "help <tab>" to get a list of possible help topics
      "quit" to exit

To set redis-cli perferences:
      ":set hints" enable online hints
      ":set nohints" disable online hints
Set your preferences in ~/.redisclirc

Redis：k/v

 1.k/v 和 group

★k/v

• key：直接ASCII字符串；

• value（數據結構）：string，lists，hashes，set，sored sets，bltmaps，hyperloglog

★group

• @string，@generic，@list  @...
  

 2.string（字符串）

★作用：

• Redis 字符串數據類型的相關命令用于管理 redis 字符串值；

☉基本語法：

• 127.0.0.1:6379>COMMAND  KEY_NAME

演示：

192.168.1.112:6379> SET count 1
OK
192.168.1.112:6379> GET count
"1"
192.168.1.112:6379> INCR count
(integer) 2
192.168.1.112:6379> INCR count
(integer) 3
192.168.1.112:6379> INCR count
(integer) 4
192.168.1.112:6379> INCR count
(integer) 5
192.168.1.112:6379> DECR count
(integer) 4
192.168.1.112:6379> DECR count
(integer) 3
192.168.1.112:6379> DECR count
(integer) 2
192.168.1.112:6379> DECR count
(integer) 1

下表列出了常用的 redis 字符串命令：

 3.list（列表）

★作用

• Redis列表是簡單的字符串列表，按照插入順序排序。你可以添加一個元素導列表的頭部（左邊）或者尾部（右邊）

• 一個列表最多可以包含 2³² - 1 個元素 (4294967295, 每個列表超過40億個元素)。

演示：

192.168.1.112:6379> RPUSH mylist "mon"
(integer) 1
192.168.1.112:6379> LINDEX mylist 0
"mon"
192.168.1.112:6379> RPUSH mylist "tun"
(integer) 2
192.168.1.112:6379> LPUSH mylist "sun"
(integer) 3
192.168.1.112:6379> LINDEX mylist 0
"sun"
192.168.1.112:6379> LINDEX mylist 0
"sun"
192.168.1.112:6379> LINDEX mylist 1
"mon"
192.168.1.112:6379> LINDEX mylist 2
"tun"
192.168.1.112:6379> RPOP mylist
"tun"
192.168.1.112:6379> LLEN mylist
(integer) 2

下表列出了列表相關的基本命令：

 4.set（集合）

★作用：

• Redis的Set是string類型的無序集合。集合成員是唯一的，這就意味著集合中不能出現重復的數據。

• Redis 中 集合是通過哈希表實現的，所以添加，刪除，查找的復雜度都是O(1)。

• 集合中最大的成員數為 2^{32 - 1} (4294967295, 每個集合可存儲40多億個成員)。

演示：

192.168.1.112:6379> SADD s1 'a' 'b' 'c'
(integer) 3
192.168.1.112:6379> SMEMBERS s1
1) "c"
2) "b"
3) "a"
192.168.1.112:6379> SISMEMBER s1 'a'
(integer) 1
192.168.1.112:6379> SISMEMBER s1 'c'
(integer) 1
192.168.1.112:6379> SISMEMBER s1 'd'
(integer) 0
192.168.1.112:6379> SADD s2 'a' 'c' 'd' 'f'
(integer) 4
192.168.1.112:6379> SINTER s1 s2
1) "c"
2) "a"
192.168.1.112:6379> SUNION s1 s2
1) "f"
2) "a"
3) "b"
4) "d"
5) "c"

下表列出了 Redis 集合基本命令：

 5.hash（哈希）

★作用：

• Redis hash 是一個string類型的field和value的映射表，hash特別適合用于存儲對象。

• Redis 中每個 hash 可以存儲 2³² - 1 鍵值對（40多億）。

演示：

192.168.1.112:6379> HSET h2 name taotao
(integer) 1
192.168.1.112:6379> HSET h2 age 25
(integer) 1
192.168.1.112:6379> HGETALL h2
1) "name"
2) "taotao"
3) "age"
4) "25"
192.168.1.112:6379> HKEYS h2
1) "name"
2) "age"
192.168.1.112:6379> HVALS h2
1) "taotao"
2) "25"
192.168.1.112:6379> HGET h2 name
"taotao"
192.168.1.112:6379> HGET h2 age
"25"

下表列出了 redis hash 基本的相關命令：

 6.sorted set（有序集合）

★作用：

• Redis 有序集合和集合一樣也是string類型元素的集合,且不允許重復的成員。

• 不同的是每個元素都會關聯一個double類型的分數。redis正是通過分數來為集合中的成員進行從小到大的排序。

• 有序集合的成員是唯一的,但分數(score)卻可以重復。

• 集合是通過哈希表實現的，所以添加，刪除，查找的復雜度都是O(1)。 集合中最大的成員數為 2^{32 - 1} (4294967295, 每個集合可存儲40多億個成員)。

下表列出了 redis 有序集合的基本命令: